JP2022062902A - Vacuum pump and rotary cylindrical body included in the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、真空ポンプ、および真空ポンプに備わる回転円筒体に関する。
詳しくは、回転円筒体に加わる応力を低減する真空ポンプ、および真空ポンプに備わる回転円筒体に関する。
The present invention relates to a vacuum pump and a rotating cylinder provided in the vacuum pump.
More specifically, the present invention relates to a vacuum pump that reduces the stress applied to the rotating cylinder, and a rotating cylinder provided in the vacuum pump.
配設される真空室内の真空排気処理を行うための真空ポンプには、回転体とねじ溝排気要素(ねじ溝型排気機構/ねじ溝ポンプ部)を備えているものがある。当該ねじ溝排気要素を備えた真空ポンプは、回転体における回転翼が配設された下側に、回転翼のない回転円筒体(ロータ円筒部)を設け、ねじ溝排気要素内のガスを圧縮する構成になっている。
このようなロータ円筒部が設けられる真空ポンプを含め、一般的に真空ポンプでは、遠心力によりロータ円筒部の内径側に対して応力が生じ、その応力が設計基準値を超える虞があった。
図9は、従来のターボ分子ポンプ100を説明するための図である。
図9に示したように、従来のターボ分子ポンプ100には、ネジ付スペーサ131と隙間(クリアランス)を介して軸方向に対向して円筒部102dが配設される。この円筒部102dに応力が生じると、高温下での長期運動によって円筒部102dが徐々に変形・膨張するクリープ現象が生じる。
このクリープ現象によりネジ付スペーサ131と円筒部102dとのクリアランスの規定値量が小さくなるまでの期間であるクリープ寿命は、メンテナンスコストの観点から可能な限り長い方がよい。
Some vacuum pumps for performing vacuum exhaust processing in the arranged vacuum chamber are provided with a rotating body and a thread groove exhaust element (thread groove type exhaust mechanism / thread groove pump portion). The vacuum pump provided with the threaded groove exhaust element is provided with a rotating cylinder (rotor cylindrical portion) without a rotating blade on the lower side of the rotating body on which the rotating blade is arranged, and compresses the gas in the threaded groove exhaust element. It is configured to be used.
In general, in a vacuum pump including a vacuum pump provided with such a rotor cylindrical portion, a stress is generated on the inner diameter side of the rotor cylindrical portion due to centrifugal force, and the stress may exceed the design standard value.
FIG. 9 is a diagram for explaining the conventional turbo
As shown in FIG. 9, in the conventional turbo
The creep life, which is the period until the specified value of the clearance between the threaded
特許文献1には、高速で回転しても回転翼やそれを支持する箇所において局部的な応力や温度上昇を生じさせないことを目的として、回転翼の外径を排気口側と吸気口側とで異ならせる技術について記載されている。
In
また、上述した特許文献1のような構成の他に、回転体(回転翼/回転円筒体)の回転数を下げることで応力を低減するようにしていた。
しかしながら、回転体の回転数を下げれば排気性能は低下してしまっていた。
Further, in addition to the configuration as described in
However, if the rotation speed of the rotating body is lowered, the exhaust performance is lowered.
本発明は、回転円筒体(回転体)の回転数を下げることなく応力を低減させることが可能で、かつ排気性能を向上させる真空ポンプ、および真空ポンプに備わる回転円筒体を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a vacuum pump capable of reducing stress without lowering the rotation speed of the rotating cylinder (rotating body) and improving exhaust performance, and a rotating cylinder provided in the vacuum pump. And.
請求項1記載の本願発明では、吸気口と排気口が形成された外装体と、前記外装体に固定され、ねじ溝を有するねじ溝型排気機構と、前記外装体に内包され、回転自在に支持された回転軸と、前記回転軸に配設され、前記ねじ溝型排気機構と隙間を介して対向する対向部および前記ねじ溝型排気機構よりも下流側に延伸した延伸部を有し、当該延伸部において前記対向部の外径よりも小さい外径を有する縮径部と、応力集中を低減する緩縮径構造を備える回転円筒体と、を具備することを特徴とする真空ポンプを提供する。
請求項2記載の本願発明では、前記緩縮径構造は、テーパー構造であることを特徴とする請求項1に記載の真空ポンプを提供する。
請求項3記載の本願発明では、前記緩縮径構造は、曲面形状であることを特徴とする請求項1に記載の真空ポンプを提供する。
請求項4記載の本願発明では、前記緩縮径構造は、前記縮径部に含まれることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の真空ポンプを提供する。
請求項5記載の本願発明では、吸気口と排気口が形成された外装体と、前記外装体に固定され、ねじ溝を有するねじ溝型排気機構と、前記外装体に内包され、回転自在に支持された回転軸とを備えた真空ポンプの回転円筒体であって、前記回転軸に配設され、前記ねじ溝型排気機構と隙間を介して対向する対向部および前記ねじ溝型排気機構よりも下流側に延伸した延伸部を有し、当該延伸部において前記対向部の外径よりも小さい外径を有する縮径部と、応力集中を低減する緩縮径構造を備えることを特徴とする回転円筒体を提供する。
According to the first aspect of the present invention, an exterior body in which an intake port and an exhaust port are formed, a screw groove type exhaust mechanism fixed to the exterior body and having a thread groove, and a thread groove type exhaust mechanism contained in the exterior body and rotatably formed. It has a supported rotating shaft, a facing portion that is disposed on the rotating shaft and faces the threaded groove type exhaust mechanism via a gap, and an extended portion that extends downstream from the threaded groove type exhaust mechanism. Provided is a vacuum pump comprising: a reduced diameter portion having an outer diameter smaller than the outer diameter of the facing portion in the stretched portion, and a rotating cylindrical body having a slow-reduced diameter structure for reducing stress concentration. do.
The invention of the present application according to claim 2 provides the vacuum pump according to
According to the third aspect of the present invention, there is provided the vacuum pump according to the first aspect, wherein the slow-reducing diameter structure has a curved surface shape.
In the invention of the present application according to claim 4, the vacuum pump according to any one of
According to the fifth aspect of the present invention, an exterior body in which an intake port and an exhaust port are formed, a threaded groove type exhaust mechanism fixed to the exterior body and having a thread groove, and a thread groove type exhaust mechanism contained in the exterior body so as to be rotatable. A rotating cylinder of a vacuum pump provided with a supported rotating shaft, which is arranged on the rotating shaft and faces the threaded groove type exhaust mechanism via a gap and from the threaded groove type exhaust mechanism. Also characterized by having a stretched portion extended to the downstream side, a reduced diameter portion having an outer diameter smaller than the outer diameter of the facing portion in the stretched portion, and a slow-reduced diameter structure for reducing stress concentration. A rotating cylinder is provided.
本発明によれば、回転円筒体におけるクリープ寿命に起因する部分の応力を、回転数を下げずに低減することができるので、回転数を下げる設計にして応力を低減させる構成に比べて、排気性能を維持または向上させることができる。 According to the present invention, the stress of the portion of the rotating cylinder due to the creep life can be reduced without lowering the rotation speed. Performance can be maintained or improved.
(i)実施形態の概要
本発明の実施形態に係るターボ分子ポンプ(真空ポンプ)では、ターボ分子ポンプに備わる円筒部(回転円筒体)の排気口側下部において、ねじ溝排気要素の固定側部品よりも下流側に延伸した、延伸部が設けられる。そして、延伸部には縮径部が設けられる。
より詳しくは、円筒部の下端部(排気口側端部)をねじ溝排気要素より長く設計して延伸部を設ける。そして、そのロータ円筒部の延伸部に、ロータ円筒部の吸気口側であり且つねじ溝排気要素と対向する部分(対向部)よりも外径の大きさが小さい縮径部を設ける。さらに、延伸部に、緩縮径構造が採用されている。この緩縮径構造とは、緩やかに縮径している構造を意味する。
(I) Outline of the Embodiment In the turbo molecular pump (vacuum pump) according to the embodiment of the present invention, the fixed side component of the thread groove exhaust element in the lower part of the exhaust port side of the cylindrical portion (rotary cylindrical body) provided in the turbo molecular pump. A stretched portion is provided, which is stretched to the downstream side of the section. Then, a reduced diameter portion is provided in the stretched portion.
More specifically, the lower end portion (exhaust port side end portion) of the cylindrical portion is designed to be longer than the thread groove exhaust element, and the extension portion is provided. Then, a reduced diameter portion having a smaller outer diameter than the portion (opposing portion) on the intake port side of the rotor cylindrical portion and facing the thread groove exhaust element is provided in the extended portion of the rotor cylindrical portion. Further, a slow-reduced diameter structure is adopted for the stretched portion. This slowly reduced diameter structure means a structure in which the diameter is gradually reduced.
延伸部においては、回転時に内径側に発生する応力は外径が小さいほど小さくなるので、上述した縮径部及び緩縮径構造を有する構成により、回転体(円筒部など)の回転数を下げずとも、円筒部の内径側に発生する応力を低減させることができる。 In the stretched portion, the stress generated on the inner diameter side during rotation becomes smaller as the outer diameter becomes smaller. At least, the stress generated on the inner diameter side of the cylindrical portion can be reduced.
(ii)実施形態の詳細
以下、本発明の好適な実施形態について、図1から図8を参照して詳細に説明する。
このターボ分子ポンプ100の縦断面図を図1に示す。図1において、ターボ分子ポンプ100は、円筒状の外筒127の上端に吸気口101が形成されている。そして、外筒127の内方には、ガスを吸引排気するためのタービンブレードである複数の回転翼102(102a、102b、102c・・・)を周部に放射状かつ多段に形成した回転体103が備えられている。この回転体103の中心にはロータ軸113が取り付けられており、このロータ軸113は、例えば5軸制御の磁気軸受により空中に浮上支持かつ位置制御されている。
(Ii) Details of Embodiments Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 8.
A vertical sectional view of the turbo
上側径方向電磁石104は、4個の電磁石がX軸とY軸とに対をなして配置されている。この上側径方向電磁石104の近接に、かつ上側径方向電磁石104のそれぞれに対応されて4個の上側径方向センサ107が備えられている。上側径方向センサ107は、例えば伝導巻線を有するインダクタンスセンサや渦電流センサなどが用いられ、ロータ軸113の位置に応じて変化するこの伝導巻線のインダクタンスの変化に基づいてロータ軸113の位置を検出する。この上側径方向センサ107はロータ軸113、すなわちそれに固定された回転体103の径方向変位を検出し、制御装置200に送るように構成されている。
In the upper
この制御装置200においては、例えばPID調節機能を有する補償回路が、上側径方向センサ107によって検出された位置信号に基づいて、上側径方向電磁石104の励磁制御指令信号を生成し、図2に示すアンプ回路150(後述する)が、この励磁制御指令信号に基づいて、上側径方向電磁石104を励磁制御することで、ロータ軸113の上側の径方向位置が調整される。
In this
そして、このロータ軸113は、高透磁率材(鉄、ステンレスなど)などにより形成され、上側径方向電磁石104の磁力により吸引されるようになっている。かかる調整は、X軸方向とY軸方向とにそれぞれ独立して行われる。また、下側径方向電磁石105及び下側径方向センサ108が、上側径方向電磁石104及び上側径方向センサ107と同様に配置され、ロータ軸113の下側の径方向位置を上側の径方向位置と同様に調整している。
The
さらに、軸方向電磁石106A、106Bが、ロータ軸113の下部に備えた円板状の金属ディスク111を上下に挟んで配置されている。金属ディスク111は、鉄などの高透磁率材で構成されている。ロータ軸113の軸方向変位を検出するために軸方向センサ109が備えられ、その軸方向位置信号が制御装置200に送られるように構成されている。
Further, the
そして、制御装置200において、例えばPID調節機能を有する補償回路が、軸方向センサ109によって検出された軸方向位置信号に基づいて、軸方向電磁石106Aと軸方向電磁石106Bのそれぞれの励磁制御指令信号を生成し、アンプ回路150が、これらの励磁制御指令信号に基づいて、軸方向電磁石106Aと軸方向電磁石106Bをそれぞれ励磁制御することで、軸方向電磁石106Aが磁力により金属ディスク111を上方に吸引し、軸方向電磁石106Bが金属ディスク111を下方に吸引し、ロータ軸113の軸方向位置が調整される。
Then, in the
このように、制御装置200は、この軸方向電磁石106A、106Bが金属ディスク111に及ぼす磁力を適当に調節し、ロータ軸113を軸方向に磁気浮上させ、空間に非接触で保持するようになっている。なお、これら上側径方向電磁石104、下側径方向電磁石105及び軸方向電磁石106A、106Bを励磁制御するアンプ回路150については、後述する。
As described above, the
一方、モータ121は、ロータ軸113を取り囲むように周状に配置された複数の磁極を備えている。各磁極は、ロータ軸113との間に作用する電磁力を介してロータ軸113を回転駆動するように、制御装置200によって制御されている。また、モータ121には図示しない例えばホール素子、レゾルバ、エンコーダなどの回転速度センサが組み込まれており、この回転速度センサの検出信号によりロータ軸113の回転速度が検出されるようになっている。
On the other hand, the
さらに、例えば下側径方向センサ108近傍に、図示しない位相センサが取り付けてあり、ロータ軸113の回転の位相を検出するようになっている。制御装置200では、この位相センサと回転速度センサの検出信号を共に用いて磁極の位置を検出するようになっている。
Further, for example, a phase sensor (not shown) is attached in the vicinity of the lower
回転翼102(102a、102b、102c・・・)とわずかの空隙を隔てて複数枚の固定翼123(123a、123b、123c・・・)が配設されている。回転翼102(102a、102b、102c・・・)は、それぞれ排気ガスの分子を衝突により下方向に移送するため、ロータ軸113の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成されている。
A plurality of fixed wings 123 (123a, 123b, 123c ...) Are arranged with the rotary blades 102 (102a, 102b, 102c ...) Separated from a slight gap. The rotary blades 102 (102a, 102b, 102c ...) Are formed so as to be inclined by a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the
また、固定翼123も、同様にロータ軸113の軸線に垂直な平面から所定の角度だけ傾斜して形成され、かつ外筒127の内方に向けて回転翼102の段と互い違いに配設されている。そして、固定翼123の外周端は、複数の段積みされた固定翼スペーサ125(125a、125b、125c・・・)の間に嵌挿された状態で支持されている。
Similarly, the fixed blade 123 is also formed so as to be inclined by a predetermined angle from a plane perpendicular to the axis of the
固定翼スペーサ125はリング状の部材であり、例えばアルミニウム、鉄、ステンレス、銅などの金属、又はこれらの金属を成分として含む合金などの金属によって構成されている。固定翼スペーサ125の外周には、わずかの空隙を隔てて外筒127が固定されている。外筒127の底部にはベース部129が配設されている。ベース部129には排気口133が形成され、外部に連通されている。チャンバ側から吸気口101に入ってベース部129に移送されてきた排気ガスは、排気口133へと送られる。
The fixed wing spacer 125 is a ring-shaped member, and is made of, for example, a metal such as aluminum, iron, stainless steel, or copper, or a metal such as an alloy containing these metals as a component. An
さらに、ターボ分子ポンプ100の用途によって、固定翼スペーサ125の下部とベース部129の間には、ネジ付スペーサ131が配設される。ネジ付スペーサ131は、アルミニウム、銅、ステンレス、鉄、又はこれらの金属を成分とする合金などの金属によって構成された円筒状の部材であり、その内周面に螺旋状のネジ溝131aが複数条刻設されている。ネジ溝131aの螺旋の方向は、回転体103の回転方向に排気ガスの分子が移動したときに、この分子が排気口133の方へ移送される方向である。回転体103の回転翼102(102a、102b、102c・・・)に続く最下部には円筒部102dが垂下されている。この円筒部102dの外周面は、円筒状で、かつネジ付スペーサ131の内周面に向かって張り出されており、このネジ付スペーサ131の内周面と所定の隙間を隔てて近接されている。回転翼102および固定翼123によってネジ溝131aに移送されてきた排気ガスは、ネジ溝131aに案内されつつベース部129へと送られる。
Further, depending on the application of the turbo
ベース部129は、ターボ分子ポンプ100の基底部を構成する円盤状の部材であり、一般には鉄、アルミニウム、ステンレスなどの金属によって構成されている。ベース部129はターボ分子ポンプ100を物理的に保持すると共に、熱の伝導路の機能も兼ね備えているので、鉄、アルミニウムや銅などの剛性があり、熱伝導率も高い金属が使用されるのが望ましい。
The
かかる構成において、回転翼102がロータ軸113と共にモータ121により回転駆動されると、回転翼102と固定翼123の作用により、吸気口101を通じてチャンバから排気ガスが吸気される。吸気口101から吸気された排気ガスは、回転翼102と固定翼123の間を通り、ベース部129へ移送される。このとき、排気ガスが回転翼102に接触する際に生ずる摩擦熱や、モータ121で発生した熱の伝導などにより、回転翼102の温度は上昇するが、この熱は、輻射又は排気ガスの気体分子などによる伝導により固定翼123側に伝達される。
In such a configuration, when the rotary blade 102 is rotationally driven by the
固定翼スペーサ125は、外周部で互いに接合しており、固定翼123が回転翼102から受け取った熱や排気ガスが固定翼123に接触する際に生ずる摩擦熱などを外部へと伝達する。 The fixed wing spacers 125 are joined to each other at the outer peripheral portion, and transfer heat received by the fixed wing 123 from the rotary wing 102, frictional heat generated when exhaust gas comes into contact with the fixed wing 123, and the like to the outside.
なお、上記では、ネジ付スペーサ131は回転体103の円筒部102dの外周に配設し、ネジ付スペーサ131の内周面にネジ溝131aが刻設されているとして説明した。しかしながら、これとは逆に円筒部102dの外周面にネジ溝が刻設され、その周囲に円筒状の内周面を有するスペーサが配置される場合もある。
In the above description, it is assumed that the threaded
また、ターボ分子ポンプ100の用途によっては、吸気口101から吸引されたガスが上側径方向電磁石104、上側径方向センサ107、モータ121、下側径方向電磁石105、下側径方向センサ108、軸方向電磁石106A、106B、軸方向センサ109などで構成される電装部に侵入することのないよう、電装部は周囲をステータコラム122で覆われ、このステータコラム122内はパージガスにて所定圧に保たれる場合もある。
Further, depending on the application of the turbo
この場合には、ベース部129には図示しない配管が配設され、この配管を通じてパージガスが導入される。導入されたパージガスは、保護ベアリング120とロータ軸113間、モータ121のロータとステータ間、ステータコラム122と回転翼102の内周側円筒部の間の隙間を通じて排気口133へ送出される。
In this case, a pipe (not shown) is arranged in the
ここに、ターボ分子ポンプ100は、機種の特定と、個々に調整された固有のパラメータ(例えば、機種に対応する諸特性)に基づいた制御を要する。この制御パラメータを格納するために、上記ターボ分子ポンプ100は、その本体内に電子回路部141を備えている。電子回路部141は、EEP-ROM等の半導体メモリ及びそのアクセスのための半導体素子等の電子部品、それらの実装用の基板143等から構成される。この電子回路部141は、ターボ分子ポンプ100の下部を構成するベース部129の例えば中央付近の図示しない回転速度センサの下部に収容され、気密性の底蓋145によって閉じられている。
Here, the turbo
ところで、半導体の製造工程では、チャンバに導入されるプロセスガスの中には、その圧力が所定値よりも高くなり、或いは、その温度が所定値よりも低くなると、固体となる性質を有するものがある。ターボ分子ポンプ100内部では、排気ガスの圧力は、吸気口101で最も低く排気口133で最も高い。プロセスガスが吸気口101から排気口133へ移送される途中で、その圧力が所定値よりも高くなったり、その温度が所定値よりも低くなったりすると、プロセスガスは、固体状となり、ターボ分子ポンプ100内部に付着して堆積する。
By the way, in the semiconductor manufacturing process, some of the process gases introduced into the chamber have the property of becoming solid when the pressure becomes higher than the predetermined value or the temperature becomes lower than the predetermined value. be. Inside the turbo
例えば、Alエッチング装置にプロセスガスとしてSiCl4が使用された場合、低真空(760[torr]~10-2[torr])かつ、低温(約20[℃])のとき、固体生成物(例えばAlCl3)が析出し、ターボ分子ポンプ100内部に付着堆積することが蒸気圧曲線からわかる。これにより、ターボ分子ポンプ100内部にプロセスガスの析出物が堆積すると、この堆積物がポンプ流路を狭め、ターボ分子ポンプ100の性能を低下させる原因となる。そして、前述した生成物は、排気口133付近やネジ付スペーサ131付近の圧力が高い部分で凝固、付着し易い状況にあった。
For example, when SiCl 4 is used as a process gas in an Al etching apparatus, it is a solid product (for example, at a low vacuum (760 [torr] to 10-2 [torr]) and at a low temperature (about 20 [° C.]). It can be seen from the vapor pressure curve that AlCl 3 ) is deposited and adheres to the inside of the turbo
そのため、この問題を解決するために、従来はベース部129等の外周に図示しないヒータや環状の水冷管149を巻着させ、かつ例えばベース部129に図示しない温度センサ(例えばサーミスタ)を埋め込み、この温度センサの信号に基づいてベース部129の温度を一定の高い温度(設定温度)に保つようにヒータの加熱や水冷管149による冷却の制御(以下TMSという。TMS;Temperature Management System)が行われている。
Therefore, in order to solve this problem, conventionally, a heater or an annular water cooling tube 149 (not shown) is wound around the outer periphery of the
次に、このように構成されるターボ分子ポンプ100に関して、その上側径方向電磁石104、下側径方向電磁石105及び軸方向電磁石106A、106Bを励磁制御するアンプ回路150について説明する。このアンプ回路150の回路図を図2に示す。
Next, with respect to the turbo
図2において、上側径方向電磁石104等を構成する電磁石巻線151は、その一端がトランジスタ161を介して電源171の正極171aに接続されており、また、その他端が電流検出回路181及びトランジスタ162を介して電源171の負極171bに接続されている。そして、トランジスタ161、162は、いわゆるパワーMOSFETとなっており、そのソース-ドレイン間にダイオードが接続された構造を有している。
In FIG. 2, one end of the electromagnet winding 151 constituting the upper
このとき、トランジスタ161は、そのダイオードのカソード端子161aが正極171aに接続されるとともに、アノード端子161bが電磁石巻線151の一端と接続されるようになっている。また、トランジスタ162は、そのダイオードのカソード端子162aが電流検出回路181に接続されるとともに、アノード端子162bが負極171bと接続されるようになっている。
At this time, in the
一方、電流回生用のダイオード165は、そのカソード端子165aが電磁石巻線151の一端に接続されるとともに、そのアノード端子165bが負極171bに接続されるようになっている。また、これと同様に、電流回生用のダイオード166は、そのカソード端子166aが正極171aに接続されるとともに、そのアノード端子166bが電流検出回路181を介して電磁石巻線151の他端に接続されるようになっている。そして、電流検出回路181は、例えばホールセンサ式電流センサや電気抵抗素子で構成されている。
On the other hand, in the current regeneration diode 165, the
以上のように構成されるアンプ回路150は、一つの電磁石に対応されるものである。そのため、磁気軸受が5軸制御で、電磁石104、105、106A、106Bが合計10個ある場合には、電磁石のそれぞれについて同様のアンプ回路150が構成され、電源171に対して10個のアンプ回路150が並列に接続されるようになっている。
The
さらに、アンプ制御回路191は、例えば、制御装置200の図示しないディジタル・シグナル・プロセッサ部(以下、DSP部という)によって構成され、このアンプ制御回路191は、トランジスタ161、162のon/offを切り替えるようになっている。
Further, the
アンプ制御回路191は、電流検出回路181が検出した電流値(この電流値を反映した信号を電流検出信号191cという)と所定の電流指令値とを比較するようになっている。そして、この比較結果に基づき、PWM制御による1周期である制御サイクルTs内に発生させるパルス幅の大きさ(パルス幅時間Tp1、Tp2)を決めるようになっている。その結果、このパルス幅を有するゲート駆動信号191a、191bを、アンプ制御回路191からトランジスタ161、162のゲート端子に出力するようになっている。
The
なお、回転体103の回転速度の加速運転中に共振点を通過する際や定速運転中に外乱が発生した際等に、高速かつ強い力での回転体103の位置制御をする必要がある。そのため、電磁石巻線151に流れる電流の急激な増加(或いは減少)ができるように、電源171としては、例えば50V程度の高電圧が使用されるようになっている。また、電源171の正極171aと負極171bとの間には、電源171の安定化のために、通常コンデンサが接続されている(図示略)。
It is necessary to control the position of the
かかる構成において、トランジスタ161、162の両方をonにすると、電磁石巻線151に流れる電流(以下、電磁石電流iLという)が増加し、両方をoffにすると、電磁石電流iLが減少する。
In such a configuration, when both the
また、トランジスタ161、162の一方をonにし他方をoffにすると、いわゆるフライホイール電流が保持される。そして、このようにアンプ回路150にフライホイール電流を流すことで、アンプ回路150におけるヒステリシス損を減少させ、回路全体としての消費電力を低く抑えることができる。また、このようにトランジスタ161、162を制御することにより、ターボ分子ポンプ100に生じる高調波等の高周波ノイズを低減することができる。さらに、このフライホイール電流を電流検出回路181で測定することで電磁石巻線151を流れる電磁石電流iLが検出可能となる。
Further, when one of the
すなわち、検出した電流値が電流指令値より小さい場合には、図3に示すように制御サイクルTs(例えば100μs)中で1回だけ、パルス幅時間Tp1に相当する時間分だけトランジスタ161、162の両方をonにする。そのため、この期間中の電磁石電流iLは、正極171aから負極171bへ、トランジスタ161、162を介して流し得る電流値iLmax(図示せず)に向かって増加する。
That is, when the detected current value is smaller than the current command value, as shown in FIG. 3, the
一方、検出した電流値が電流指令値より大きい場合には、図4に示すように制御サイクルTs中で1回だけパルス幅時間Tp2に相当する時間分だけトランジスタ161、162の両方をoffにする。そのため、この期間中の電磁石電流iLは、負極171bから正極171aへ、ダイオード165、166を介して回生し得る電流値iLmin(図示せず)に向かって減少する。
On the other hand, when the detected current value is larger than the current command value, as shown in FIG. 4, both the
そして、いずれの場合にも、パルス幅時間Tp1、Tp2の経過後は、トランジスタ161、162のどちらか1個をonにする。そのため、この期間中は、アンプ回路150にフライホイール電流が保持される。
In either case, after the pulse width times Tp1 and Tp2 have elapsed, either one of the
図5は、第1の実施形態に係るターボ分子ポンプ100の概略を説明するための図である。
図6は、図5に示したターボ分子ポンプ100の円筒部102dにおける対向部10t、延伸部11(緩縮径構造11a及び縮径部50)を説明するための図である。
図7は、円筒部102dにおける対向部10t、延伸部11、緩縮径構造11a及び縮径部50の拡大図である。
図5から図7に示したように、円筒部102dは、ネジ付スペーサ131と所定の隙間を隔てて軸線方向に対向する対向部10t、ネジ付スペーサ131よりも排気口133側に延伸した延伸部11、緩縮径構造11aならびに縮径部50を有する。そして、縮径部50の形状は、円筒部102dと同様に円筒形である。
この図6から明らかなように、延伸部11は、緩縮径構造11aと縮径部50とから構成されている。
FIG. 5 is a diagram for explaining the outline of the turbo
FIG. 6 is a diagram for explaining a facing
FIG. 7 is an enlarged view of the opposed
As shown in FIGS. 5 to 7, the
As is clear from FIG. 6, the stretched
また、本実施形態では、円筒部102dにおける対向部10tの内径をr、外径をRtとして説明する。
そして、図7で示したように、緩縮径構造11aの下端部(排気口133側)および縮径部50の外径をRs、緩縮径構造11aの漸化外径をmとして説明する。なお、本実施形態では、「少しずつ変化する外径」という意味で「漸化外径」を用いる。
本実施形態に係るターボ分子ポンプ100に備わる円筒部102dは、ネジ付スペーサ131よりも排気口133側に延伸した延伸部11において、延伸部11ではない部分の円筒部102d(対向部10t)の外径Rtよりも小さい漸化外径mを有する緩縮径構造11aが形成される。この漸化外径mは、図5から図7で示す実施形態では、吸気口側から排気口側にかけて値が徐々に小さくなっている(すなわち、外径が少しずつ変化している)。
Further, in the present embodiment, the inner diameter of the facing
Then, as shown in FIG. 7, the outer diameter of the lower end portion (
The
言い換えると、本実施形態に係る円筒部102dは、延伸部11の外径側において、所定の角度θの勾配を有する部分(緩縮径構造11a)を有する。この勾配は、例えば、延伸部11の外径側にテーパー形状を施すなどして構成することができる。
In other words, the
また、本実施形態では、延伸部11の起点(始点)と緩縮径構造11aの起点が一致する構成にしたが、これに限ることはない。つまり、対向部10tよりも延伸させた延伸部11の吸気口101側の一部を対向部10tと同じ大きさの外径Rtとし、続けて、縮径していく漸化外径mを有する緩縮径構造11aを設ける構成にしてもよい。すなわち、緩縮径構造11aは、延伸部11の少なくとも一部に形成される構成にすればよい。
Further, in the present embodiment, the starting point (starting point) of the stretched
また、本実施形態では、延伸部11の下端部(排気口133側)の外径Rsと、緩縮径構造11aの最下端部(排気口133側)における漸化外径mの値が一致する構成にしたが、これに限られることはない。つまり、緩縮径構造11aの最下端部における漸化外径mの値と対向部10tの内径rの値とが一致する構成にしてもよい。
Further, in the present embodiment, the outer diameter Rs of the lower end portion (
上記延伸部11により、円筒部102dの下端に発生する応力が低減する働きがあるが、応力低減の観点から、この縮径部50と緩縮径構造11aを設けることで、より応力低減の効果がある。
よって、寸法上の制約の範囲内で、縮径部50と緩縮径構造11aによる延伸部11を設けている。
The stretched
Therefore, within the range of dimensional restrictions, the reduced
図8は、この縮径部50の緩縮径構造11aとの接続形態を示した図である。
緩縮径構造11aと縮径部50との接続箇所は、応力が集中し易いので、ここを応力集中が発生しにくい構造とすることが好ましい。
図8(a)では、緩縮径構造11aにテーパー構造Xを採用している。また。図8(b)では、緩縮径構造11aに隅R形状Yを採用している。
図8(a)、(b)に示した以外の構造でも、応力集中を軽減できる構造であれば、本実施形態に用いることができる。
FIG. 8 is a diagram showing a connection mode of the reduced
Since stress is likely to be concentrated at the connection portion between the loosely reduced
In FIG. 8A, a taper structure X is adopted for the slow-
Even structures other than those shown in FIGS. 8A and 8B can be used in the present embodiment as long as they can reduce stress concentration.
なお、本実施形態では、緩縮径構造11aの勾配を断面において直線状で形成する構成としたが、これに限られることはない。例えば、図示しないが、緩縮径構造11aの勾配を断面において曲線状で形成する構成にしてもよい。
In the present embodiment, the gradient of the slow-reduced
上述した構成により、本実施形態では、円筒部102dを含む回転体の回転数を下げずに、円筒部102dにおけるクリープ寿命に起因する部分である緩縮径構造11aの内径側にかかる応力を低減することができる。
また、回転数を下げずともクリープ現象を防止することができるので、回転数を下げることによるターボ分子ポンプ100の排気性能の低下を防止することができる。
或いは、この構成により円筒部102dを含むロータ部の回転数を上げることができ得るので、ターボ分子ポンプ100の排気性能を向上させることができる。
縮径部50は、縮径部50の外径をRsで一定として説明しているが、それに限らず、さらに下端に向かって縮径していく構造であってもよい。
また、縮径部50と緩縮径構造11aを分けて説明したが、両者が一体となった構造、あるいは、それぞれが下端まで緩やかな外径変化をする緩縮径構造となった構造であってもよい。
With the above-described configuration, in the present embodiment, the stress applied to the inner diameter side of the slow-reduced
Further, since the creep phenomenon can be prevented without lowering the rotation speed, it is possible to prevent the exhaust performance of the turbo
Alternatively, since the rotation speed of the rotor portion including the
The diameter-reduced
Further, although the reduced
なお、本発明の実施形態および各変形例は、必要に応じて各々を組み合わせる構成にしてもよい。 In addition, the embodiment of the present invention and each modification may be configured to be combined as necessary.
また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができる。そして、本発明が当該改変されたものに及ぶことは当然である。 Further, the present invention can be modified in various ways as long as it does not deviate from the spirit of the present invention. And it is natural that the present invention extends to the modified one.
10t 対向部
11 延伸部
11a 緩縮径構造
50 縮径部
100 ターボ分子ポンプ
101 吸気口
102 回転翼
102d 円筒部
103 回転体
113 ロータ軸
123 固定翼
125 固定翼スペーサ
127 外筒
129 ベース部
131 ネジ付スペーサ
131a ネジ溝
133 排気口
200 制御装置
10t Opposing
Claims (5)
前記外装体に固定され、ねじ溝を有するねじ溝型排気機構と、
前記外装体に内包され、回転自在に支持された回転軸と、
前記回転軸に配設され、前記ねじ溝型排気機構と隙間を介して対向する対向部および前記ねじ溝型排気機構よりも下流側に延伸した延伸部を有し、当該延伸部において前記対向部の外径よりも小さい外径を有する縮径部と、応力集中を低減する緩縮径構造を備える回転円筒体と、
を具備することを特徴とする真空ポンプ。
The exterior body on which the intake and exhaust ports are formed,
A thread groove type exhaust mechanism fixed to the exterior body and having a thread groove,
A rotating shaft contained in the outer body and rotatably supported,
It has a facing portion that is disposed on the rotating shaft and faces the threaded groove type exhaust mechanism via a gap, and a stretched portion that extends downstream from the threaded groove type exhaust mechanism, and the facing portion in the stretched portion. A reduced diameter portion having an outer diameter smaller than the outer diameter of the screw, and a rotating cylinder having a slow-reduced diameter structure that reduces stress concentration.
A vacuum pump characterized by being equipped with.
The vacuum pump according to claim 1, wherein the slow-reducing diameter structure is a tapered structure.
The vacuum pump according to claim 1, wherein the slow-reducing diameter structure has a curved surface shape.
The vacuum pump according to any one of claims 1 to 3, wherein the slow-reduced diameter structure is included in the reduced-diameter portion.
前記外装体に固定され、ねじ溝を有するねじ溝型排気機構と、
前記外装体に内包され、回転自在に支持された回転軸とを備えた真空ポンプの回転円筒体であって、
前記回転軸に配設され、前記ねじ溝型排気機構と隙間を介して対向する対向部および前記ねじ溝型排気機構よりも下流側に延伸した延伸部を有し、当該延伸部において前記対向部の外径よりも小さい外径を有する縮径部と、応力集中を低減する緩縮径構造を備えることを特徴とする回転円筒体。 The exterior body on which the intake and exhaust ports are formed,
A thread groove type exhaust mechanism fixed to the exterior body and having a thread groove,
A rotating cylinder of a vacuum pump including a rotating shaft contained in the outer body and rotatably supported.
It has a facing portion that is disposed on the rotating shaft and faces the threaded groove type exhaust mechanism via a gap, and a stretched portion that extends downstream from the threaded groove type exhaust mechanism, and the facing portion in the stretched portion. A rotating cylinder characterized by having a reduced diameter portion having an outer diameter smaller than that of the outer diameter and a slow-reduced diameter structure for reducing stress concentration.
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